Тема Кіріспе. Ядролық физика зерттеу нысандары
Тақырып 12. / Тема 12. Ядроның ішкі құрылымы. Теория
жүктеу/скачать 305,16 Kb.
|
лекция саулелелну (7)
| Тақырып 12. / Тема 12. Ядроның ішкі құрылымы. Теория.
Дәріс тезистері. / Тезисы лекций Тәжірибе Гамма-кванттың атомдарымен және электрондарымен шашыратылуы. Шашыратылған гамма-кванттың энергиясының шашыратылу бұрышына тәуелдігі. Комптон эффект кезіндегі гамма-нұрдың толқын ұзындығының өзгерісі. Комптон эфффект қимасының гамма-кванттың энергиясына тәуелдігі. Гамма-кванттардың зат атомдарымен серпімді (когерентті) шашыратылуы (Томсон шашыратылуы). Жоғарыда аталғандай гамма-кванттардың энергиясы өскенде олардың затпен әсерлесуінде фотоэффекттің маңызы төмендеп, энергиясы атомның орташа иондалу потенциалынан әлдеқайда жоғары гамма-кванттар үшін басты рөлді комптон эффект атқарады. Комптон эффекті кезінде гамма-квант өзінің энергиясының бір бөлігін (түгел емес) атомның электронына беріп, оны ұшырып шығарады, ал өзі бағыты мен энергиясын өзгертіп шоқтан шығып қалады. Комптон эффекті кезінде атомның иондалу энергиясы гамма-кванттың энергиясынан көп кіші болады, сондықтан комптон-эффект еркін электронда өтеді деуге болады. Осыдан, кейде комптон эффектін гамма-квантың еркін электронмен шашыратылуы дейді. Дәлірек, комптон эффект гамма-квантың атомда серпімсіз шашыратылуы. Шашыратылған гамма-кванттың энергиясы (толқын ұзындығы) мен шашыратылу бұрышының арасындағы тәуелділікті табу үшін электронды еркін деп есептеп, энергия мен импульстың сақталу заңдарын жазайық Энергиягың сақталу заңынан (8.65) мұндағы -тиген және шашыратылған гамма-кванттың энергиялары, -электронның кинетикалық энергиясы. Импульстың сақталу заңынан немесе (8.66) шығады. Бұл жерде гамма-кванттың шашыратылу бұрышы. Осыған (8.35)-тен Те-ні қойып, шашыратылған гамма-кванттың энергиясын тапсақ (8.67) немесе энергия бірлігі есебінде электронның тыныштық күйінің энергиясын алып, белгілесек (8.68) алынады. (8.67)-ден шашыратылған гамма-нұрдың толқын ұзындығының өзгерісін табуға болады (8.69) мұндағы -электронның комптондық толқын ұзындығы. (8.67),(869)-формулаларынан бірінші рет тәжірибелерден тағайындалған заңдылықтарды алуға болады: 1. Комптон шашыратылуы барысында гамма-нұрдың толқын ұзындығы өзгереді, яғни шашыратылған нұрдың спектрінде тиген толқын ұзындығы нұрмен бірге, жылжыған толқын ұзындығы сызықта болады. 2. Шашыратылу нәтижесінде толқын ұзындығының өзгерісі шашыратылу бұрышы өскенде өседі. 3. тек шашыратылу бұрышына ғана тәуелді, түскен -нұрдың толқын ұзындығына тәуелсіз. 4. гамма-кванттар өтетін заттың тегіне тәуелсіз, барлық заттар үшін бірдей. Комптон шашыратылуының дифференциалдық қимасын Клейн мен Нишина есептеген, ол (8.70) мұндағы - электронның классиктік радиусы, . 8.11-суретте гамма-кванттың әртүрлі энергиялары үшін комптон эффектінің дифференциалдық қимасының шашыратылу бұрышына тәуелділігі берілген. Клейн-Нишина формуласын денелік бұрыш бойынша интегралдап, комптон шашыратылуының толық қимасын алады (8.67)-ден шашыратылған гамма—кванттың спектрі тұтас екені көрінеді. Оның энергиясы шашыратылу бұрышы өскенде төмендеп, бұрышында ең кіші мәнін қабылдайды. Егер гамма-кванттардың энергиясы 2 еселенген электронның тыныштық энергиясынан көп болса , онда олар зат арқылы өткенде фотоэффект, комптон эффектпен қатар электрон-позитрондық қосақтар туғызады. Электрон-позитрондық қосақ туған кезде -квант жойылып, оның орнына екі бөлшек-электрон мен позитрон пайда болады. Электрон-позитрондық қосақ вакуумда түзіле алмайды. Оған энергия мен импульстың сақталу заңдары тиым салады. Сондықтан электрон-позитрондық қосақтар ядроның немесе электронның күш өрісінде ғана туа алады. Ол кезде гамма-кванттың импульсының бір бөлігі ядроға немесе электронға беріледі. Егер қосақ ядроның күш өрісінде түзілсе, ядроның есесіне тиетін энергия нөл дерлік болады. Оны елемей ядроның өрісінде электрон-позитрондық қосақ тууының табалдырығы екі еселенген электрон массасына : (8.74) тең деуге болады. Егер электрон-позитрондық қосақ электрон өрісінде туса, онда электронға берілетін импульс пен энергия әжептәуір болады, оны елемеуге болмайды. Бұл жағдайда қосақ тууға керек гамма-кванттың энергиясының ең кіші мәні (8.75) болады. Бірінші жағдайда тебілген ядроның импульсы мен энергиясы мардымсыз болғандықтан, суретте тек электрон мен позитронның іздері көрінеді (8.12-а сурет). Екінші жағдайда суретте үш із: 2 электронның (қосақта туған және тебілген) және позитронның ізі, болады (8.12-б сурет). Сондықтан, электрон мен позитронның электрон өрісінде түзілуін, кейде, триплеттік түзілу дейді. Электрон-позитрондық қосақтар тууының көлденең қимасын дәл есептеу өте күрделі. Энергияның басқа мәндері үшін қосақтар туудың дифференциалдық қимасын сандық интегралдау арқылы табады. (8.76)-дан энергияның ең жоғары мәндері үшін (алюминий үшін , қорғасын үшін 15МэВ) қосақтар тузүдің қимасының гамма-кванттың энергиясына тәуелсіздгі көрінеді. 8.13-суретте ядро өрісінде электрон-позитрондық қосақ тууының қимасының энергияға тәуелділігі бейнеленген. Триплет (электрон өрісіндегі электрон—позитрондық қосақ) тууының қимасы ядро өріснде қосақ туу қимасынан әлдеқайда (103есе) кем, әсіресе төменгі энергиялар мен үлкен Z үшін. Дегенмен, Е>10МэВ энергиялар кезінде триплет түзілуінің үлесі ауыр элементтер үшін 1-ке, ал жеңіл ядролар үшін 10-ке дейін жетуі мүмкін. Электрон—пози-трондық қосақтар тууы, радиациялық тежелумен қатар, электрон-фотондық нөсердің басы бола алады. Егер радиациялық тежеу кезінде туған фотонның энергиясы -тан үлкен болса, ол электрон—позитрондық қосақтар туғызуы мүмкін. Қосақтарда туған электрондар мен позитрондар тежелу кезінде жаңа -кванттар береді. Олар қайтадан қосақтар тұғызып, тасқындық құбылыс болады (8.14-сурет). Бұл құбылыс электронның (позитронның) энергиясы сындық энергияға дейін түскенше созылады (8.2-қара). Әдебиеттер / Литература: [1-4] жүктеу/скачать 305,16 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|